DE3330519A1

DE3330519A1 - Verfahren zur beruehrungslosen uebertragung eines signals von einem rotierenden bauteil auf ein feststehendes bauteil

Info

Publication number: DE3330519A1
Application number: DE19833330519
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Dipl.-Ing. 5100 Aachen Lauffs
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-08-24
Filing date: 1983-08-24
Publication date: 1985-03-14
Also published as: DE3330519C2

Description

auf der Sensorseite für die Signalverstärkung und -übertragung erforderlichen Energieversorgung.

Aus der DE-OS 31 07 947 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum übertragen eines Meßwertes von einem beweglichen Gegenstand auf einen feststehenden Gegenstand der eingangs genannten Art bekannt. Die Einrichtung besteht aus zwei Schwingkreisen, die über ihre Spulen induktiv miteinander gekoppelt sind. Der Koppelschwingkreis weist eine durch das zu übertragende Signal veränderliche Induktivität oder Kapazität auf, so daß die Resonanzfrequenz des Koppelschwingkreises in Abhängigkeit von der Größe des zu """"■ übertragenden Meßwertes verstimmt wird. Der andere Schwingkreis ist ein Sende/Empfangsschwingkreis, der abwechselnd mit einer Sendestufe und einer Empfangsstufe wirksam geschaltet wird. Das übertragungsverfahren besteht darin, daß über die Sendestufe der Sende/Empfangsschwingkreis mit einer Oszillatorspannung mit Referenzfrequenz aktiviert wird. Durch die induktive Kopplung mit der Spule des Koppelschwingkreises wird in diesem entsprechend der Referenzfrequenz des Sende/Empfangsschwingkreises eine Schwingung induziert. Nach Abschalten der Sendestufe und ggfs. Bedampfen des Sende/Empfangsschwingkreises wird die Empfangsstufe wirksam geschaltet. In dieser Empfangsphase wird im Sende/Empfangsschwingkreis ein Frequenzsignal induziert, welches der Resonanzfrequenz des durch das zu übertragende Signal kontinuierlich verstimmten Koppelschwingkreises entspricht. Ein Phasendetektor mißt während einer vorbestimmten Periode die Zeitdifferenz zwischen der Referenzfrequenz der Oszillatorspannung und der Resonanzfrequenz des verstimmten Koppelschwingkreises. Mittels einer Auswertschaltung kann aufgrund der gemessenen Zeitdifferenz auf das zu übertragende Signal rückgeschlossen werden.

Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß ein großer elektronischer Aufwand zur übertragung des Signals notwendig ist. Der Sende/Empfangsschwingkreis muß abwechselnd als Sendestufe

und als Empfangsstufe wirksam geschaltet werden, wobei zusätzlich vor dem Aktivieren der Empfangsstufe der Sendeschwingkreis bedämpft werden muß, um die durch den Koppelschwingkreis induzierten Schwingungen ungestört empfangen zu können. Darüber hinaus wird durch die diskontinuierliche Signalübertragung die übertragbare obere Grenzfrequenz des Meßsignals eingeschränkt.. Dies ist insbesondere dann von Nachteil,-wenn zeitlich sich schnell verändernde Signale übertragen und registriert werden sollen.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die ohne großen elektronischen Aufwand auf einfache und zuverlässige Weise kontinuierlich die Signale von einem rotierenden Bauteil auf ein feststehendes Bauteil berührungslos übertragen.

Als Lösung wird dafür ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem am Auswertekoppelkreis die Oszillatorspannung U_Q kontinuierlich angelegt wird und bei dem die Veränderung in der Phasenverschiebung zwischen der an der Koppelspule anliegenden Koppelspulenspannung U„ und dem Koppelspulenstrom I_T. im Auswertekoppelkreis infolge der von der Größe des zu übertragenden Signals Ug abhängigen Verstimmung in der Resonanzfrequenz f_R und der Veränderung in der Phasenverschiebung zwischen .der Resonanzschwingkreisspannung Ü_R und dem Res onanzs c'hwingkr eis strom I„ und infolge der induktiven Kopplung der Spulen kontinuierlich gemessen wird.

Durch den kontinuierlichen Betrieb des Auswertekoppelkreises können die Signale kontinuierlich übertragen werden. Das Verfahren ermöglicht es somit, selbst hochfrequente Schwankungen des zu übertragenden Signals zu erfassen und an eine Registriervorrichtung weiterzuleiten. Die Koppelspule des Auswertekoppelkreises bildet zusammen mit der Spule des Resonanzschwingkreises einen kontinuierlich betriebenen Transformator. Zur Erhaltung des magnetischen Flusses im Transformator und infolge der induktiven Kopplung resultiert eine bestimmte Phasenbeziehung zwischen der

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Resonanzschwingkreisspannung U_R, dem Resonanzschwingkreisstrom I_R. der an der Koppelspule anliegenden Koppelspulenspannung U„ und i

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dem Koppelspulenstrom I_v. Eine Veränderung in der Phasenverschie- ι bung zwischen der Resonanzschwingkreisspannung U_R und dem Resonanz schwingkreisstrom I_R hat eine Phasenverschiebung zwischen der Koppelspulenspannung U„ und dem Koppelspulenstrom I„ zur Folge. Da aber die Phasenverschiebung zwischen der Resonanzschwingkreisspannung U_R und dem Resonanzschwingkreisstrom I_R von der Verstimmung durch das zu übertragende Signal υ_σ abhängt, läßt sich durch die Messung der Veränderung in der Phasenverschiebung zwischen der Koppelspulenspannung U„ und dem Koppelspulenstrom I_K im Auswertekoppelkreis die Größe des zu übertragenden Signals U„ bestimmen. Ein derartiger Phasenvergleich hat den Vorteil, daß er sich ohne großen elektronischen Aufwand durchführen läßt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird zur Messung der Phasenverschiebung zwischen der Koppelspulenspannung U„ und dem Koppelspulenstrom I„ im Auswertekoppelkreis vorgeschlagen, daß die Werte der Koppelspulenspannung U„ und des Koppelspulenstromes I„. gleichzeitig gemessen und miteinander multipliziert werden. Dieses Verfahren läßt sich technisch einfach realisieren, wobei das analoge oder digitale Ausgangssignal eine direkte Aussage über die Größe der Phasenverschiebung und somit über die Größe des zu übertragenden Signals erlaubt.

Bei einer bevorzugten Verfahrersäurchführung wird bei Gleichheit der Oszillatorfrequenz f_n und der Resonanzfrequenz f-, die Phasenverschiebung zwischen der Koppelspulensparinung EL· und dem Meß-

wert des Koppelspulenstroms I^ durch einen Phasenschieber auf 90° eingestellt. Dadurch nimmt der Gleichanteil der Ausgangsspannung des Multiplizierens bei unverstimmtem Resonanzkreis, d.h. immer dann, wenn-keine Signalspannung U₃ anliegt, den Wert Null an. Der Wechselanteil der Ausgangsspannung des Multiplizierens wird durch ein Tiefpaßfilter unterdrückt.

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Sobald die zu übertragende Signalspannung ü den Resonanzkreis verstimmt, weicht die Phasenverschiebung am Multiplizierer von 90° ab j und die Spannung U. am Ausgang des Tiefpaßfilters nimmt einen Wert an, der in einem annähernd linearen Zusammenhang mit der Signalspannung U steht. Nach entsprechender Eichung läßt sich somit nach der Multiplikation und der Tiefpaßfilterung direkt die Größe des Signals U„ ablesen.

Schließlich wird mit dem Verfahren vorgeschlagen, daß zum Nullabgleich die Oszillatorfrequenz f_Q des Auswertekoppelkreises in Abhängigkeit von der gemessenen Phasenverschiebung nachgestimmt wird. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß zu Beginn einer neuen Meßreihe die Oszillatorfrequenz f_ neu eingestellt werden kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn bei unverstimmtem Resonanzschwingkreis, wenn also kein Signal U₃ anliegt, die Oszillatorfrequenz f_ gleich der Resonanzfrequenz f_R und das Ausgangssignal U. der gemessenen Phasenverschiebung Null sein soll.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, wobei der Resonanzschwingkreis am rotierenden Bauteil und der Auswertekoppelkreis am feststehenden Bauteil angeordnet ist, bei dem die Spule des Resonanzschwingkreises und die Koppelspule des Auswertekoppelkreises ringförmig ausgebildet und konzentrisch zur Drehachse des sich rotierenden Bauteils angeordnet sind und daß der Auswertekoppelkreis an eine Auswerteeinheit zur Messung der an der Koppelspule anliegenden Koppelspulenspannung U„ und dem Koppelspulenstrom I_K sowie zur Bestimmung der Phasenverschiebung aus den erhaltenen Meßwerten angeschlossen ist.

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Durch diese konzentrische Anordnung der Spulen ist jederzeit eine Übertagung des Signals unabhängig von der relativen Stellung der Bauteile zueinander möglich. Die übertragung ist unabhängig von der Drehzahl des rotierenden Bauteils, so daß ein bestimmter Wert des Signals U₃ immer zu einer reproduziebaren Phasenverschiebung im Auswertekoppelkreis und damit zu einem reproduzierbaren Ausgangssignal U. führt. Von Vorteil ist insbesondere, daß die übertragung des Signals ϋ_σ auch bei stillstehenden Bauteilen einwandfrei gewährleistet ist.

Die Spulen können nebeneinander auf der Drehachse oder vorzugsweise ineinandergeschoben sein. Dadurch durchsetzt der durch die Koppelspule des Auswertekoppelkreises erzeugte magnetische Fluß vollständig die Spule des Resonanzschwingkreises, so daß ein optimaler Signal~Störabstand bei der Messung ,■ des Signals U₃ möglich ist.

Vorzugsweise ist im Auswertekoppelkreis als Shunt eine phasenschiebende Reaktanz geschaltet, die entweder eine Induktivität oder eine Kapazität oder beides sein kann. Mit einem derartigen Phasenschieber läßt sich insbesondere erreichen, daß bei Gleichheit der Oszillatorfrequenz f~ und der Resonanzfrequenz f„ die Phasenverschiebung zwischen der Koppelspulenspannung Uj, und dem Meßwert des Koppelspulenstroms I„ 90° beträgt, da dann die von der Spule des Resonanzschwingkreises auf die Koppelspule des Auswertekoppelkreises transformierte Impedanz einen reinen Wirkwiderstand darstellt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist als Auswerteeinheit ein Multiplizierer vorgesehen, der die Meßwerte der Koppelspulenspannung U_K und des Koppelspulenstroms I„ zeitgleich multipliziert und in ein Ausgangssignal ü« umsetzt. Ein derartiger Multiplizier ;r

arbeitet zuverlässig und ist technisch wenig aufwendig, so daß bereits mit einfachsten Meßinstrumenten eine übertragung des Signals Ug möglich ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist dem Multiplizierer ein Tiefpaßfilter mit einer kleineren Grenzfrequenz als die Oszillatorfrequenz f~ zur Glättung nachgeschaltet. Zum Nachstimmen der Oszillatorfrequenz f_n kann weiterhin ein von dem Ausgangssignal U. des Multiplizierers angesteuerter Regler vorgesehen sein. Dadurch können Rückwirkungen der Demodulatorschaltung auf den Resonanzschwingkreis ausgeglichen werden,

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform zur berührungslosen übertragung eines Signals von einem rotierenden Bauteil auf ein feststehendes Bauteil dargestellt worden ist. In der Zeichnung zeigt:

Pig. 1 einen Längsschnitt durch eine übertragungsvorrichtung mit zwei ineinandergeschobenen Spulen, wobei der untere Teil weggelassen ist,

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild der Demodulatorschaltung "und

Fig. 3 eine prinzipielle Strom-Spannungs- und Kapazität s-Spannungskennlinie einer Kapazitätsdiode.

Die in Fig. 1 darstellte übertragungsvorrichtung besteht aus zwei konzentrisch zueinander und zur Drehachse 1 einer Welle angeordneten Spulen L_p, L^. Die innere Spule L_R ist fest mit der drehbaren Welle 2 verbunden, während die äußere Koppelspule

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L_K feststeht und an einem schematisch dargestellten, feststehenden Bauteil 3 angeordnet ist.

Zur Übertragung eines Signals ü_g von der Welle 2 auf das feststehende Bauteil 3 ist die Spule L_R Teil eines Resonanzschwingkreises S_R und die Koppelspule L„ Teil eines Auswertekoppelkreises S„. Die Schaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Neben der Induktivität der Spule L_R wird der Parallelresonanzschwingkreis S_R durch die Kapazität einer Kapazitätsdiode CD definiert. Die prinzipielle Wirkungsweise der Kapazitätsdiode CD ist in Fig. 3 dargestellt, wo sowohl die Kapazität (C) als auch der Strom (I) gegen die Spannung (U) aufgetragen ist. Dabei ist zu erkennen, daß bei sich vergrößernder Spannung die Kapazität exponentiell abfällt. Weiterhin ist zu erkennen, daß der Strom zunächst sehr stark abfällt, im Bereich der Spannung Null ebenfalls ungefähr den Wert Null annimmt und bei Erhöhung der Spannung (in entgegengesetzer Fließrichtung) sehr schwach ansteigt, um schließlich bei hohen Spannungen sehr stark zuzunehmen. Der Aussteuerbereich A zur Veränderung der Kapazität einer Kapazitätsdiode wird bestimmt durch die Strom-Spannungskennlinie. In Fig. 3 ist der Aussteuerbereich A durch die beiden parallel zur Ordinate eingezeichnet.en, gestrichelten Linien dargestellt. In diesem Aussteuerbereich A ist die Leistungsaufnahme infolge des geringen Stromes nur klein, d.h. mit einer kleinen Leistung kann die Kapazität bei einer Kapazitätsdiode verändert werden.

Die Signalspannung Ug wird an die Kapazitätsdiode CD des Resonanzschwingkreises S_R angelegt und verändert somit seine Resonanzfrequenz f_R und die Phasenverschiebung zwischen der Resonanzschwingkreisspannung U_R und dem Resonanzschwingkreisstrom I_R. Eine Vorspannung für die Kapazitätsdiode CD ist nicht erforderlich, solange sie nicht in den Durchlaßbereich gesteuert wird

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(steiler Anstieg des Stromes I in Fig. 3). Der ohne Vorspannung symmetrisch zum Spannungsnullpunkt liegende Aussteuerbereich A wird begrenzt durch den Durchlaßstrom der Dioden und die damit verbundene Belastung der Signalspannungsquelle sowie durch die zulässigen nichtlinearen Verzerrungen der Übertragung. Zur Symmetrierung der Belastung der Signalspannungsquelle dient eine Diode Dl. Durch Parallelschaltung eines Kondensators C im Resonanzschwingkreis S_R läßt sich dieser auf die gewünschte Resonanzfrequenz f_R abstimmen; dabei ändern sich jedoch gleichzeitig Linearität und Empfindlichkeit der Anordnung.

Mit einem Aussteuerungsbereieh von etwa 100 mVss eignet sich die übertragungsvorrichtung für nahezu alle verfügbaren elektrodynamischen und piezoelektrischen Wandler. Infolge der hohen

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Eingangsimpedanz (Größenordnung 10' Ohm_s 100 pF) wird der Wandler praktisch nicht belastet.

Eine Veränderung der Resonanzfrequenz f_R ist auch denkbar, wenn durch das Signal Uo die Induktivität der Spule L_R verändert wird.

Die kontinuierliche Auswertung der durch das Signal U_g abhängigen Verstimmung des rotierenden Resonanzschwingkreises S_R erfolgt mittels des Auswertekoppelkreises S„, der die variable Resonanzfrequenz f_R bzw. die Phasenverschiebung zwischen Resonanzschwingkreisspannung U_R und Resonanzschwingkreisstrom I„ unter Verwendung eines Oszillatorsignals konstanter Frequenz auswertet. Die prinzipielle Schaltung des Auswertekoppelkreises S„ ist in Fig. 2 auf der rechten Seite dargestellt.

Der Auswertekoppelkreis Sg- besteht aus der Koppelspule Lg- und wird mit einer Oszillatorspannung U_Q mit einer konstanten Oszillatorfrequenz f_Q aus einem spannungsgesteuerten Oszillator VcO (Voltage Controlled Oscillator) betrieben, wobei die Oszillatorfrequenz f„

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gleich dem zeitlichen Mittel der Resonanzfrequenz f„ des ro-

tierenden Resonanzschwingkreises f_ ist. In den Auswertekoppelkreis S„ ist eine als Shunt und Phasenschieber dienende Reaktanz X (Induktivität oder Kapazität) geschaltet. An der Koppelspule L„ des Auswertekoppelkreises S„ wird die Koppelspulenspannung tL· abgegriffen und zusammen mit dem über den Shunt X gemessenen Koppelspulenstrom I„ einer Auswerteeinheit 4, die als Multiplizier ausgebildet ist, zugeführt. Das Ausgangssignal U. des Multiplizierers passiert einen Tiefpaßfilter 5, dessen Grenzfrequenz kleiner als die Oszillatorfrequenz f_n ist. Wie im folgenden noch näher auszuführen sein wird, ist für das Meßverfahren die Phasenverschiebung zwischen der Koppelspulenspannung U_K und dem Meßwert des Koppelspulenstroms I„ ausschlaggebend, so daß zur Messung und Phasenschiebung des Koppelspulenstroms I„ die an der Reaktanz X anliegende Spannung gemessen und der Auswerteeinheit 4 zugeführt wird.

Die beiden Spulen L_R und L„ bilden einen Transformator T₃ wobei die induktive Kopplung durch die Gegeninduktivität M symbolisch in der Zeichnung dargestellt ist. Durch den mit der Oszillatorspannung U„ mit konstanter Oszillatorfrequenz f„ betriebenen Auswertekoppelkreis S„ wird im Resonanzschwingkreis S_R eine Resonanζschwingkreisspannung U_R mit einem Resonanzschw-ingkreisstrom I_R induziert, wobei die Resonanzfrequenz f_ gleich der Oszillatorfrequenz f₀ ist. Durch die induktive Kopplung der beiden Spulen L„ und L_R bildet sich zur Erhaltung des magnetischen Flusses eine feste Phasenbeziehung : zwi-schen der Koppelspulenspannung U^, dem Koppelspulenstrom I„, der Resonanzschwingkreisspannung U„ und dem Resonanzschw-ingkreisstrom I„ aus. Bei einer Veränderung der Kapazität der Kapazitätsdiode CD durch das Signal U„ ändert sich die Resonanzfrequenz f^ des Resonanzschwingkreises S_n und somit auch

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die Phasenverschiebung zwischen der Resonanzschwingkreisspannung U_n und dem Resonanzschwingkreisstrom I_n, was zur Folge hat, daß sich auch die Phasenverschiebung zwischen der Koppelspulenspannung U_K und dem Koppelspulenstrom I„ verändert. Durch diese Veränderung in der Phasenverschiebung zwischen der Koppelspulenspannung U„ und dem Koppelspulenstrom I„ verändert sich auch das Ausgangssignal U. der Auswerteeinheit 4.

Solange die Resonanzfrequenz f_n des Resonanzschwingkreises S_n gleich der Oszillatorfrequenz f_Q ist, beträgt die Phasenverschiebung zwischen der Resonanzschwingkreisspannung IL und dem

Resonanzschwingkreisstrom I_n Null Grad und die nach der Koppel-

spule L_T, transformierte Impedanz stellt einen reinen Wirkwiderstand dar. Die Phasenverschiebung zwischen der Koppelspulenspannung Ut, und dem Meßwert des Koppelspulenstroms I„ beträgt daher durch die Reaktanz X 90°, so daß das Ausgangssignal U. am Tiefpaßfilter 5 Null "Volt beträgt. Eine Verstimmung des Resonanzschw-^ingkreises S_n durch ein Signal U_Q beeinflußt die Phasenverschiebung zwischen der Koppelspulenspannung U„ und dem Koppelspulenstrom I_K und damit das Ausgangssignal U.. Zwischen der Verstimmung des rotierenden Resonanzshwingkreises S_n und dem Ausgangssignal U. besteht ein annähernd linearer Zusammenhang, so daß durch den Wert des Ausgangssignals U. der Wert des zu übertragenden Signals U_g bestimmt ist.

Um Rückwirkungen der Demodulatorschaltung des Auswertekoppelkreises Sy. auf den Resonanzschwingkreis S_R aus zugleichen ₃ ist ein automatischer Nullabgleich vorgesehen, indem das Ausgangssignal U. über einen geeigneten Regler 6 die Oszillatorfrequenz

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f_Q des spannungsgesteuerten Oszillators VCO nachstimmt. Dies kann dadurch geschehen, daß bei einem Signal U„ von Null Volt die Oszillatorfrequenz f_Q so lange verändert wird, bis sie der Resonanzfrequenz f_n entspricht und kein Ausgangssignal ü,

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vorliegt. Die Bemessung des Reglers 6 hat Einfluß auf die untere Grenzfrequenz der Übertragungsstrecke, weil niederfrequente Schwankungen der Resonanzfrequenz f_R des Resonanzschwingkreises S_R ausgeregelt werden. Falls auch statische Signalanteile übertragen werden sollen, ist als Signalspannung die Regelspannung U_R am Ausgang des Reglers 6 abzugreifen. In diesem Fall bestimmt der Regler β maßgeblich die obere Grenzfrequenz der Signalspannung.

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	Bezugszeichenliste
1	Drehachse
2	Weile
3	feststehendes Bauteil
4	Auswerteeinheit
'5	Tiefpaßfilter
6	Regler
^SR	Resonanzschwingkreis
^LR	Spule
CD	Kapazitätsdiode
Dl	Diode
C	Kondensator
⁸K	Auswertekoppelkreis
^LK	Koppelspule
X	Reaktanz
vco	spannungsgesteuerter Oszillator
T	Transformator
A	Aussteuerbereich
^UO	Oszillatorspannung
^fo	Oszillatorfrequenz
^UK	Koppelspulenspannung
¹K	Koppelspulenstrom
^UR	Resonanzschwingkreisspannung
¹R	Resonanzschwingkreisstrom
^fR	Resonanzfrequenz
^US	Signal
^UA	Ausgangssignal
^UReg	Reg^lspannung
M	Geg,enindukt ivit ät

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Claims

·. - PATENTANWÄLTE -j .·" :>r * : ::"*:-:*": pi*p.l.-ing. alex steng er Kaiser-Friedrich-Ring 70 CilTPL.-ING. WOLFRAM WATZKE D-4000 DÜSSELDORF 11 3OQHRIQ DIPL.-ING. H E I N Z J. RING EUROPEAN PATENT ATTORNEYS Unser Zeichen: 24 420 Datum: 23- August 1983 Prof. Dr.-Ing. Manfred Weck, Im Weingarten 16, 5100 Aachen Patentansprüche:

1. Verfahren zur berührungslosen übertragung eines Signals von einem rotierenden Bauteil auf ein feststehendes Bauteil, insbesondere eines von einem piezo-elektrischen Wandler in eine elektrische Spannung umgesetzten dynamischen Meßwertes von einer rotierenden Welle auf ein feststehendes Teil der Lagerung, durch zwei induktiv miteinander gekoppelte Spulen, wobei die eine Spule Teil eines Resonanzschwingkreises ist, dessen Resonanzfrequenz f_R durch das zu übertragende Signal U₃ verstimmt wird, und wobei die andere Spule als Koppelspule Teil eines Auswertekoppelkreises ist, an den eine Oszillatorspannung U_Q mit konstanter Oszillatorfrequenz fQ angelegt wird, wobei in der Spule des Resonanzschwingkreises durch die induktive Kopplung mit der Koppelspule des Auswertekoppelkreises eine Resonanzschwingkreisspannung U_R mit einem Resonanzschwingkreisstrom I_R induziert wird und wobei zur Bestimmung der Größe des zu übertragenden Signals U_g ein Phasenvergleich durchgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß am Auswertekoppelkreis die Oszillatorspannung U_Q kontinuierlich angelegt wird und daß die Veränderung in der Phasenverschiebung zwischen der an der Koppelspule anliegenden Koppelspulenspannung U„ und dem Koppelspulenstrom I_K im Auswert ekoppelkreis infolge der von der Größe des zu übertragenden Signals Ug abhängigen Verstimmung in der Resonanzfrequenz f_R und der Veränderung in der Phasenverschiebung zwischen der Resonanzschwingkreisspannung U_R und dem Resonanzschwingkreisstrom I_R und infolge der induktiven Kopplung der Spulen kontinuierlich gemessen wird.

Telefon (0211) 57 2131 · Telex: 85 88429 pate d · Telegrammadresse: Rheinpatent · Postscheckkonto Köln (BLZ 370100 SO) 227610 - 503

• * Ur V . *

2. Verfahren nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Phasenverschiebung zwischen der Koppelspulenspannung U_K und dem Koppelspulenstrom I~ im Auswertekoppelkreis die Werte der Koppelspulenspannung U„ und des Koppelspulenstroms I gleichzeitig gemessen und miteinander multipliziert werden.

3. Verfahren nach Anspruch' 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Gleichheit der Oszillatorfrequenz f_ und der Resonanzfrequenz f„ die Phasenverschiebung zwischen den Meßwerten der Koppel-

ri

spulenspannung ü„ und des Koppelspulenstroms I_T, auf 90° eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswertekoppelkreis mit einer Oszillatorfrequenz

f_n, die gleich der Resonanzfrequenz f_D des unver stimmt ervRes onanz υ κ

Schwingkreises ist, betrieben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, daß der Auswertekoppelkreis mit einer Oszillatorfrequenz f_₃ die gleich der Resonanzfrequenz f_ im zeitlichen Mittel ist, betrieben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5_S dadurch gekennzeichnet, daß zum Nullabgleich die Oszillatorfrequenz f_ des Auswertekoppelkreises in Abhängigkeit von der gemessenen Phasenverschiebung nachgestimmt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Resonanzschwingkreis am rotierenden Bciateii und der Auswertekoppelkreis am feststehenden Bauteil angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (L_R) des Resonanzschwingkreises (S_R) und die

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Koppelspule (L_K) des Auswertekoppelkreises (S„) ringförmig ausgebildet und konzentrisch zur Drehachse (1) des sich rotierenden Bauteils (2) angeordnet sind und daß der Auswertekoppelkreis (S^) an eine Auswerteeinheit (4) zur Messung der an der Koppelspule (L„) anliegenden Koppelspulenspannung U„ und dem Koppelspulenstrom Ty. sowie zur Bestimmung der Phasenverschiebung aus den erhaltenen Meßwerten angeschlossen is_ot.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (L_R, L„) ineinandergeschoben sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (L_R, '.
ordnet sind.

Spulen (L_R, L„) nebeneinander auf der Drehachse (1) ange-

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß im Auswertekoppelkreis (S^) eine Reaktanz (X) (Induktivität und/oder Kapazität) als Shunt und Phasenschieber geschaltet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswerteeinheit (4) ein Multiplizierer vorgesehen ist, der die Meßwerte der Koppelspulenspannung U„ und des Koppelspulenstromes I„ zeitgleieh multipliziert und in ein Ausgangssignal U_fl umsetzt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Multiplizierer ein Tiefpaßfilter (5) mit einer kleineren Grenzfrequenz als die Oszillatorfrequenz f_ß zur Glättung nachgeschaltet ist.

13- Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein von dem Ausgangssignal U. des Multiplizierers angesteuerter Regler (6) zum Nachstimmen der Oszillatorfrequenz f^ vorgesehen ist.

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Prof. Dr.-Ing. Manfred Weck, Im Weingarten l6, 5100 Aachen

Verfahren zur berührungslosen Übertragung eines Signals von einem rotierenden Bauteil auf ein feststehendes Bauteil

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Übertragung eines Signals von einem rotierenden Bauteil auf ein feststehendes Bauteil, insbesondere eines von einem piezoelektrischen Wandler in eine elektrische Spannung umgesetzten dynamischen Meßwertes von einer rotierenden Welle auf ein feststehendes Teil der Lagerung, durch zwei induktiv miteinander gekoppelte Spulen, wobei die eine Spule Teil eines Resonanzschwingkreises ist, dessen Resonanzfrequenz f_R durch das zu übertragende Signal U_g verstimmt wird, und wobei die andere Spule als Koppelspule Teil eines Auswertekoppelkreises ist, an den eine Oszillatorspannung U₀ mit konstanter Oszillatorfrequenz f_Q angelegt wird, wobei in der Spule des Resonanzschwingkreises durch die induktive Kopplung mit der Koppelspule des Auswertekoppelkreises eine Resonanzschwingkreisspannung U_R mit einem Resonanzschwingkreisstrom I„ induziert wird und wobei zur Bestimmung der Größe des zu übertragenden Signals Ug ein Phasenvergleich durchgeführt wird,, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Telemetrieeinrichtungen zur Meßwertübertragung von rotierenden Teilen auf feststehende Teile sind bekannt. Sie spielen beispielsweise bei der Luftdrucküberwachung eines Fahrzeugrades eine Rolle, wo der Luftdruckwert des bei Fahrt rotierenden Rades auf eine im Fahrzeuggestell untergebrachte Einrichtung zur Überwachung und gegebenenfalls zur Regulierung des Luftdrucks übertragen werden soll, Bekannte Verfahren und Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil der

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Telticn w- Ii) 57 2131 · Telex: 85 88429 pate d ■ Telegrammadresse: Rheinpatent · Postscheckkonto Köln (BLZ 370100 SO) 227610- 503